基于RobotStudio的多机器人柔性制造生产线虚拟仿真设计

２０１８年６月第４６卷第１１期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＪｕｎ ２０１８Ｖｏｌ ４６Ｎｏ １１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１８ １１ ０１２收稿日期：２０１７－０２－０７基金项目：广东省科技厅专项资金项目（２０１５Ａ０２０２０９０１０）；广东省高等职业技术教育研究会项目（ＧＤＧＺ１５Ｙ０３２）作者简介：郝建豹（１９７８ ），男，硕士，讲师，研究方向为工业机器人技术及应用㊂Ｅ－ｍａｉｌ：９５２６９１５４４＠ｑｑ ｃｏｍ㊂基于ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ的多机器人柔性制造生产线虚拟仿真设计郝建豹，许焕彬，林炯南（广东交通职业技术学院机电工程系，广东广州５１０８００）摘要：以多机器人柔性制造生产线为研究对象，介绍了一种利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ对多机器人自动线建模及虚拟生产的方案㊂构建了生产线的布局，为上下料机器人设计了专用夹具，依据生产线连续运行模式，创建了仿真运行Ｉ／Ｏ信号和动态Ｓｍａｒｔ组件，实现了生产线的离线编程和仿真㊂仿真结果表明：实时改变机器人ＴＣＰ速度等参数可动态输出机器人速度轨迹和生产节拍㊂该设计方案可以为多机器人自动化生产线在现代工业制造领域的推广和应用提供理论依据和试验平台㊂关键词：ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ；多机器人；虚拟仿真中图分类号：ＴＰ１６５㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１８）１１－０５４－４ＶｉｒｔｕａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉ⁃ｒｏｂｏｔＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＬｉｎｅＢａｓｅｄｏｎＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏＨＡＯＪｉａｎｂａｏ，ＸＵＨｕａｎｂｉｎ，ＬＩＮＪｉｏｎｇｎａｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｌｉｎｅｏｆｍｕｌｔｉ⁃ｒｏｂｏｔａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｏｆｓｔｕｄｙ，ａｓｃｈｅｍｅｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｌｉｎｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌｔｉ⁃ｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎｕｓｉｎｇＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓａｎｄＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｌａｙｏｕｔｗａｓｃｏｎ⁃ｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｆｉｘｔｕｒｅｆｏｒｔｈｅｒｏｂｏｔｆｏｒｌｏａｄｉｎｇａｎｄｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｆｏｒｃｏｎ⁃ｔｉｎｕｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＩｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ（Ｉ／Ｏ）ｓｉｇｎａｌａｎｄｄｙｎａｍｉｃＳｍａｒｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｅｒｅｃｒｅａｔｅｄ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｏｆｆ⁃ｌｉｎｅｐｒｏ⁃ｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｗｅｒｅｒｅａｌｉｚｅｄ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｂｏｔｓｐｅｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｉｍｅｃａｎｂｅｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙｏｕｔｐｕｔｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｒｏｂｏｔＴｏｏｌＣｅｎｔｅｒＰｏｉｎｔ（ＴＣＰ）ｓｐｅｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｔｈｅｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ⁃ｒｏｂｏｔａｕｔｏｍａｔｉｃｐｒｏｄｕｃ⁃ｔｉｏｎｌｉｎｅｉｎｍｏｄｅｒｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｆｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ；Ｍｕｌｔｉ⁃ｒｏｂｏｔ；Ｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０㊀前言以机器人为主体的智能制造，体现了制造业的智能化㊁数字化和网络化的发展要求㊂在机械制造行业中大规模应用机器人正成为一种趋势［１－２］㊂因此，研究多机器人柔性制造生产线，使企业早日实现面向未来的智能制造，增强企业的竞争力，推动制造业的转型升级，己成为当前企业界和学术界的关注热点㊂为提高多机器人柔性制造生产线的设计㊁改造㊁过程监控㊁产品可制造性的快速响应，虚拟仿真技术正成为多机器人柔性制造生产线组建的趋势［３－４］㊂虚拟仿真技术是借助虚拟现实技术，在虚拟环境中对生产线各元素㊁生产过程㊁节拍等进行仿真模拟，用更加经济㊁有效的方式对生产线进行合理配置，降低设备投资风险㊂王友发［５］对Ｅ－ＣＡＲＧＯ模型进行了扩展，研究了智能制造领域多机器人系统的任务分配模型和算法㊂邱雪松等［６］在Ｄｙｎａｆｏｒｍ平台下，建立冲压生产线的虚拟样机模型，并介绍分析了自上而下和自下而上产品的虚拟模型设计方法㊂而这些方法较为复杂，难以做到虚拟与现实的无缝衔接，难以在工程上推广应用㊂陆叶［７］利用ＵＧ和ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ分析了机床上下料工作站，而目前生产线大多是多机器人自动线［８］㊂本文作者应用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和瑞典ＡＢＢ公司的Ｒｏ⁃ｂｏｔＳｔｕｄｉｏ联合建立了多机器人柔性制造生产线㊂该生产线可依靠带驱动的仿真模型，模拟现场的生产环境及生产过程，也可通过虚拟仿真找出提高生产节拍的可行性，进而指导现场生产，因此，对于实际盘类㊁轴类及箱体类自动化加工生产线，具有普遍意义和经济实用性㊂１㊀生产线仿真系统利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件设计好数控机床㊁供料站㊁检测㊁装配及仓储等工作站的三维仿真模型，将该模型导入到ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ中，以完成建模布局工作㊂构建的多机器人柔性制造生产线仿真系统如图１所示㊂图１㊀多机器人柔性制造生产线仿真系统㊀㊀多机器人柔性制造生产线仿真系统由上下料工业机器人，装配机器人㊁装箱机器人㊁可编程控制器（ＰＬＣ）㊁数控机床（ＣＮＣ）㊁供料站㊁检测站㊁装配站㊁仓储站和其他周边设备组成㊂生产线以ＰＬＣ为控制核心，通过ＰＬＣ连接外围设备㊁建立设备间通讯及管理，实现机器人在数控机床和输送线之间的上下料㊁转运和仓储㊂该生产线上下料机器人选用ＡＢＢＩＲＢ２６００，其精度高㊁操作速度快㊁适合上下料㊁物料搬运等领域㊂上下料机器人配套滑动导轨ＩＲＢＴ２００５，便于增加机器人的运动范围，可为２台数控机床上下料㊁检测和工件转序㊂装配机器人选用ＳＣＡＲＡ机器人ＩＲＢ９１０，装箱机器人采用ＩＲＢ１４０㊂２　仿真系统设计２ １㊀上下料机器人夹具设计该生产线实现从粗加工原料到加工完成具体形状的仿真生产线，其加工对象是如图２所示的异型轴，轴零件表面由圆柱㊁圆弧㊁槽㊁内孔㊁螺纹等组成，加工过程涉及到翻转加工螺纹等工序，需要两次装夹㊂为便于取毛坯且一次可为两台机床自动上下料，在上下料机器人法兰盘末端装有的两套上下料夹具，由于气压传动的反应快㊁安全可靠㊁能量损耗小㊁成本低廉，因此采用气压传动方式，包含气缸㊁电磁阀㊁传感器及机械部件等㊂该夹具由两套气缸分别控制两个夹持端动作，用于夹取毛坯㊁半成品或成品，夹具上安装有工件检测传感器，实现自动上下料㊂图２㊀上下料机器人夹具及异形轴２ ２㊀系统工作流程上下料机器人先从供料站抓取一个粗加工工件，放入机床１进行精加工，加工好一端后，机器人取下工件，放到工件翻转台上，工件翻转，机器人从翻转台抓取工件，放入机床２精加工另一端，加工完毕后，机器人抓取加工完毕的工件放到装配站指定位置，光电传感器检测到工件到位，启动装配机器人进行装配作业，光电传感器检测装配好的工件到位，启动装箱机器人搬运到箱内指定位置㊂整个工作站能实现机器人㊁机床㊁输送线相互通讯，并有强制互锁程序，以确保机器人与其他设备之间不会发生任何碰撞㊂生产线连续运行模式如表１所示㊂表１㊀生产线连续运行模式序号作业工序作业内容备注１作业准备㊁系统启动①粗加工工件准备㊁到位；②工件类型㊁数量设定；③按启动按钮人工作业２上下机器人启动，工件从上料台取出①工件取出；②等待机床信号㊁安全门信号工件９个３机床１上下料①机床有工件，下料㊁吹气清理㊁上料；②机床无工件，上料４工件清洗工件到制定位置吹气清洗５工件翻转放置①把机床１加工后的工件放到翻转台上；②等待翻转台翻转，变换夹取位置６机床２上下料同步骤２，并根据工艺不同加工另一端７加工完成品放到检测站指定位置①加工完成，吹气清洗，放置到检测站，质量检测合格，机器人送到装配站，否则放到废料盒；②上下料机器人回到起始点，进行下个工件作业作业期间仅检测质量，不检查产品粗造度等是否合格８装配机器人装配作业工件到位，启动装配机器人搬运到指定位置，机器人回到等待点９装箱机器人装箱作业装配好的工件到位，启动装箱机器人搬运到箱内位置，机器人回到等待点１０作业提示工件１到９循环作业，当加工完９个工件，提示人工上料，放置配件及包装箱㊃５５㊃第１１期郝建豹等：基于ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ的多机器人柔性制造生产线虚拟仿真设计㊀㊀㊀２ ３㊀机器人生产线仿真运行Ｉ／Ｏ信号实际的自动化制造生产线，以ＰＬＣ为主控单元，采用Ｅｔｈｅｒｎｅｔ㊁ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ㊁Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等现场总线，将ＰＬＣ与机器人㊁数控机床等设备连接，接收并处理数控机床㊁工业机器人和其它装置发送来的信号㊂仿真应用中，将Ｓｍａｒｔ组件的Ｉ／Ｏ信号与机器人的Ｉ／Ｏ信号关联，即Ｓｍａｒｔ组件的输出信号作为机器人端的输入信号，机器人端的输出信号作为Ｓｍａｒｔ组件的输入信号，此时Ｓｍａｒｔ组件可以看成一个与机器人进行Ｉ／Ｏ通信的模拟ＰＬＣ，离线编写各工作站程序，就可以实现生产线整体的仿真效果㊂表２为机床上下料工作站Ｉ／Ｏ信号㊂表２㊀机床上下料工作站Ｉ／Ｏ信号序号信号名称含义单元映射类型１ｄｉ＿１原料检测０输入２ｄｉ＿２夹具１夹紧１输入３ｄｉ＿３夹具２夹紧２输入４ｄｉ＿４机床１门打开３输入５ｄｉ＿４零件质量检测４输入６ｄｉ＿６机床２门打开５输入７ｄｉ＿７装配台检测６输入８ｄｏ＿１夹具１松开３２输出９ｄｏ＿２夹具２松开３３输出１０ｄｏ＿３机床１关闭３４输出１１ｄｏ＿４质量检测３５输出１２ｄｏ＿５机床２关闭３６输出２ ４㊀动态组件设计在ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ中创建多机器人柔性制造的仿真生产线，机床上下料㊁机器人夹具㊁数控机床等装置的动态效果对整个生产线的仿真起了极其重要的作用㊂其软件中的Ｓｍａｒｔ组件能实现动画效果，该组件可由代码或其他Ｓｍａｒｔ组件控制执行㊂整个生产线Ｓｍａｒｔ动态组件逻辑关系如图３所示㊂图中ｓｙｓｔｅｍ６４㊁ｓｙｓｔｅｍ６５㊁ｓｙｓｔｅｍ６６分别为机床上下料机器人㊁装配机器人和装箱机器人的动态组件逻辑关系㊂以供料站为例说明信号连接后系统事件的动态过程，当原料运动到传感器位置时，传感器ＳｅｎｓｏｒＯｕｔ输出信号从０变为１，并产生输出信号ｄｏ＿１，告知机器人控制器原料已到指定位置，机器人通过此信号进行下一步动作，当原料取走时，ＳｅｎｓｏｒＯｕｔ从１变为０，此时不触发任何动作㊂但此信号经过与非门与源组件 Ｅｘｅ⁃ｃｕｔｅ 连接，因而会产生下一个原料的复制品，从而循环上述动作㊂自动线Ｓｍａｒｔ组件的动态仿真模拟了真实的生产线工件抓取㊁上下料㊁加工㊁工件转序㊁装配和仓储的工作过程㊂图３㊀生产线Ｓｍａｒｔ动态组件逻辑关系３　系统编程与仿真３ １㊀机器人程序编制在建立生产线模型后，ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ软件可进行离线编程，根据生产线连续运行模式㊁生产流程㊁Ｉ／Ｏ信号㊁设计的Ｓｍａｒｔ组件，就可以在ＲＡＰＩＤ离线开发程序，示教目标点㊂在机器人上下料工作站需示教的点数总共有１１个，本工作站不合格产品放到４个废料箱中，在编程时充分利用工件坐标系的功能来减少示教点的数量；在装配工作站中需示教的点主要有６个；在装箱工作站中需示教的点主要有４个，其中箱内仅需示教一个点，其它放置点用Ｏｆｆｓ偏移功能指令实现，可极大地减少工作量㊂将编辑好的各工作站程序保存在ＰＣ机上，然后将其传送给机器人控制器㊂生产线机器人上下料工作站主程序和部分例行程序如下：ｌｏａｄｄａｔａｌｏａｄＦｕｌｌ：＝［１，［１，０，３０］，［１，０，２，０］，０，０，０］；！定义加工工件数据ＴｏｏｌＦｒａｍｅ：＝［ＴＲＵＥ，［［０，０，２００］，［１，０，０，０］］，［１，［０，０，２０］，［１，０，０，０］，０，０，０］］；！定义夹具数据ＰＲＯＣｍａｉｎ（）！主程序ｒＩｎｉｔＡｌｌ；！调用初始化程序ｒＰｉｃｋ＿１；！调用夹具１去供料台夹取原料程序ｒＣＮＣ１＿Ｐｌａｃｅ＿２；！夹具１去机床１放置原料程序ｒＣＮＣ１＿Ｐｉｃｋ＿３；！夹具１去机床１抓取工件程序ｒＴｅｓｔ＿１；！工件质量检测ＷＨＩＬＥｄｉ＿４＝１ＤＯ！质量合格ｒＰａｓｓ；！调用合格品处理程序ｒＣＮＣ２＿Ｐｉｃｋ＿２；！调用夹具２去机床２放料程序ｒＴｅｓｔ＿２；！工件质量检测ＥＮＤＷＨＩＬＥ㊃６５㊃机床与液压第４６卷ｒＣＮＣ２＿Ｐｌａｃｅ＿１；！调用夹具２去机床２放料程序ＷＨＩＬＥｄｉ＿４＝０ＤＯ！质量不合格ｒＮｏｐａｓｓ；！调用不合格品处理程序ｒＰｉｃｋ＿１；！调用夹具１去供料台夹取原料程序ｒＣＮＣ１＿Ｐｉｃｋ＿３；！调用夹具１去机床１放料程序ｒＴｅｓｔ＿４；！工件质量检测ＥＮＤＷＨＩＬＥｒＣＮＣ２＿Ｐｉｃｋ＿４；！调用夹具２去机床２取件程序ｒＰｌａｃｅ＿２；！调用加工好的工件到装配站程序ＥＮＤＰＲＯＣＰＲＯＣｒＩｎｉｔＡｌｌ（）！初始化程序ＣｏｎｆＪ＼Ｏｆｆ；！关闭轴配置监控ＶｅｌＳｅｔ１００，５００；！速度控制ＡｃｃＳｅｔ５０，８０；！加速度控制Ｒｅｓｅｔｄｏ＿ＣｌａｍｐＡｃｔ１；！初始化夹具１的状态﹒﹒﹒！初始化机器人㊁机床等的状态ＣｌｋＳｔａｒｔＴｉｍｅｒ１；！计时，统计机器人运行时间ＭｏｖｅＪｐＨｏｍｅ，ｖ１０００，ｆｉｎｅ，ＴｏｏｌＦｒａｍｅ＼ＷＯｂｊ：＝ｗｏｂｊ０；！让机器人回到ｈｏｍｅ点ＥＮＤＰＲＯＣ３ ２㊀生产线仿真分析柔性制造生产线中，工件的品质（加工精度㊁粗糙度）主要由工件的加工条件（使用工具㊁刀具旋转速度㊁进给量速度等）决定㊂在不影响工件品质的前提下，笔者利用ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ的信号分析功能，在仿真模型中经过２０多个小时的仿真，发现生产线节拍最大的影响因素为上下料机器人的ＴＣＰ速度，改变ＴＣＰ速度可改变节拍㊂为提高生产效率，最大程度地减小数控机床和机器人等待时间，仿真过程中，设置上下料机器人的ＴＣＰ速度为２ｍ／ｓ，其机器人在机床卡盘放料期间速度轨迹如图４（ａ）所示㊂若限定加速度ＡｃｃＳｅｔ５０，８０的同时，设定ＴＣＰ的速度为０ ６ｍ／ｓ，其速度轨迹如图４（ｂ）所示㊂图４㊀上下料机器人ＴＣＰ速度轨迹图从图４（ｂ）可看出，限定速度后，上下料时间尽管延长０ ３ｓ，但限定速度后不会出现（ａ）中４ ５ｓ和７ｓ处的急速变化过程，速度曲线更为平滑，机器人动作更为柔顺，这有利于延长机器人电机和减速器的使用寿命，通过这种方式可以为整个生产过程优化机器人速度㊂机器人ＴＣＰ速度和加速度优化后，利用ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ的信号分析功能可知生产线的生产节拍为４５２ｓ㊂同时，根据仿真情况，不但可以优化机器人速度㊁还可优化机器人的位姿，这对以后的实际生产具有非常重要的指导意义㊂４㊀结论随着当前智能制造的提出，多机器人柔性制造生产线将会得到大量应用㊂本文作者结合ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ与ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ建立了多机器人柔性制造生产线仿真模型，根据加工实例的要求，设计了机器人取放料夹具；创建了动态Ｓｍａｒｔ组件，模拟ＰＬＣ与生产线㊁机器人㊁机床等设备的Ｉ／Ｏ信号进行通信；实现了机器人的离线编程和仿真调试㊂在仿真中，通过实时改变机器人速度和加速度等，可得出最佳的工业机器人运行速度轨迹㊂另外，利用ＲＡＰＩＤ离线编程功能，工业机器人运行轨迹㊁位置㊁姿态数据㊁虚拟仿真生成的程序可以通过数据传输，给予现场工业机器人，便于现场调试㊂该设计方案不仅可以为实际制造生产线设计提供理论依据和试验平台，还可降低生产线设计㊁调试的成本，提高生产效率，对构建多机器人全自动化生产线具有指导意义㊂参考文献：［１］侯雨雷，张志强，谭候金，等．冲压自动线机器人与压力机动作协调及其运动仿真［Ｊ］．中国机械工程，２０１３，２４（２３）：３１８６－３１９０．ＨＯＵＹＬ，ＺＨＡＮＧＺＱ，ＴＡＮＨＪ，ｅｔａｌ．ＭｏｔｏｒＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｎｄＭｏｔｉｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＲｏｂｏｔａｎｄＰｒｅｓｓｉｎａＰｒｅｓｓＬｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，２４（２３）：３１８６－３１９０．［２］ＲＯＳＳＡＮＯＧＦ，ＭＡＲＴＩＮＥＺＣ，ＨＥＤＥＬＩＮＤＭ，ｅｔａｌ．ＥａｓｙＲｏｂｏｔＰａｔｈＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＣｏｎｃｅｐｔｓ：ＡｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｅｒｓｐｅｃ⁃ｔｉｖｅｏｎＰａｔｈＣｒｅａｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｒｏｂｏｔｉｃｓ（ＩＳＲ），２０１３４４ｔｈＩｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ，２０１３．［３］林正英，沈斌．车身覆盖件虚拟冲压线系统的设计与实现［Ｊ］．系统仿真学报，２００８，２０（２）：３６４－３６７．ＬＩＮＺＹ，ＳＨＥＮＢ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＶｉｒ⁃ｔｕａｌＳｔａｍｐｉｎｇＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬｉｎｅＳｙｓｔｅｍｆｏｒＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｎ⁃ｅｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００８，２０（２）：３６４－３６７．［４］徐清华，张艳峰，贾现春．机器人冲压生产线的虚拟设计仿真［Ｊ］．现代制造技术与设备，２０１３（６）：６３－６４．ＸＵＱＨ，ＺＨＡＮＧＹＦ，ＪＩＡＸＣ．ＶｉｒｔｕａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａ⁃ｔｉｏｎｏｆＲｏｂｏｔＰｕｎｃｈＬｉｎｅ［Ｊ］．ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１３（６）：６３－６４．［５］王友发．面向智能制造的多机器人系统任务分配研究［Ｄ］．南京：南京大学，２０１６．（下转第８１页）㊃７５㊃第１１期郝建豹等：基于ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ的多机器人柔性制造生产线虚拟仿真设计㊀㊀㊀静止同步的过程中，其转速ｎ与频率ｆ应满足如下关系㊂ｎ＝６０αｆ３６０ʎ＝６０ｆＺｒＮ（１）式中：Ｚｒ为转子总的齿数；α为电机步距角；ｆ为脉冲频率；Ｎ为运行拍数㊂当步进电机的步距角㊁滚珠丝杠的基本导程和脉冲当量给定后，传动比ｉ满足ｉ＝αＬ０３６０ʎδｐ（２）式中：α为电机步距角；Ｌ０为丝杠基本导程；δｐ为脉冲当量㊂由式（１）和（２）计算传动链的传动比时，传动比的值一般情况下不会等于１，提高调整脉冲量比，再次脉冲量比为０ ００８，从而提高位置精度，在分析测试过程可实施计算及监控数据㊂４㊀程序设计所设计的气动物料抓取模型可以扩展应用到各领域，所以控制可实现多种流程的控制程序及功能，因为电磁阀㊁按钮等是基于开关量程序，在此就不再赘述㊂在这只列举用步进电机带动丝杠传动机械手的程序㊂假设控制要求为机械手水平移动１２０ｍｍ，并配合升降气缸㊁进给气缸实现物料精确的抓取㊂根据式（１）和（２）及脉冲量比，ＰＬＣ需要发出１５０００个脉冲，具体控制程序如图５所示㊂图５㊀ＰＬＣ控制程序５㊀结束语所设计的气动物料抓取机械手结构简单㊁控制精确，能够应用于多种工业自动化生产线中，提高了生产效益㊂参考文献：［１］李建国．往复移动式气动机械手的精确位置控制系统设计［Ｊ］．机床与液压，２０１５，４３（３）：８９－９１．ＬＩＪＧ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＰｏｓｉｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＲｅ⁃ｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇＰｎｅｕｍａｔｉｃＭｏｂｉｌｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１５，４３（３）：８９－９１．［２］常斗南．可编程序控制器原理．应用．实验［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００８．［３］朱凌宏．基于ＰＬＣ的液压驱动式机械手动作设计［Ｊ］．机床与液压，２０１１，３９（６）：７９－８０．ＺＨＵＬＨ．ＴｈｅＭｏｖｅｍｅｎｔＤｅｓｉｇｎｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＰＬＣ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１１，３９（６）：７９－８０．（责任编辑：卢文辉）（上接第４５页）［６］张翔，李立君，易春峰，等．基于Ｄ－Ｈ法油茶果采摘机器人正运动学分析［Ｊ］．农机化研究，２０１４（４）：２５－２８．ＺＨＡＮＧＸ，ＬＩＬＪ，ＹＩＣＦ，ｅｔａｌ．ＦｏｒｗａｒｄＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＡｎａｌｙ⁃ｓｉｓｏｆｔｈｅＣａｍｅｌｌｉａＯｌｅｉｆｅｒａＰｉｃｋｅｄＲｏｂｏｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＤ－ＨＭｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎＲｅ⁃ｓｅａｒｃｈ，２０１４（４）：２５－２８．［７］张良安，马寅东，单家正，等．４自由度含局部闭链式码垛机器人动力学优化设计［Ｊ］．农业机械学报，２０１３，４４（１１）：３３６－３４１．ＺＨＡＮＧＬＡ，ＭＡＹＤ，ＳＨＡＮＪＺ，ｅｔａｌ．ＯｐｔｉｍａｌＤｙｎａｍｉｃＤｅｓｉｇｎｏｆ４－ＤｏｆＰａｌｌｅｔｉｚｉｎｇＲｏｂｏｔｗｉｔｈＣｌｏｓｅｄ⁃ｃｈａｉｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ，２０１３，４４（１１）：３３６－３４１．［８］靳桂华，施旗，姚俊杰．含单闭链机器人的动力学研究［Ｊ］．北方工业大学学报，１９９４，６（１）：５８－６５．ＪＩＮＧＨ，ＳＨＩＱ，ＹＡＯＪＪ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＤｙｎａｍｉｃｓｏｆａＲｏ⁃ｂｏｔＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈａＣｌｏｓｅｄ⁃ｃｈａｉｎＢｒａｎｃｈ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９４，６（１）：５８－６５．（责任编辑：卢文辉）（上接第５７页）［６］邱雪松，肖超，谭候金，等．大型机器人冲压生产线多软件联合仿真［Ｊ］．中国机械工程，２０１６，２７（６）：７７２－７７７．ＱＩＵＸＳ，ＸＩＡＯＣ，ＴＡＮＨＪ，ｅｔａｌ．Ｍｕｌｔｉ⁃ｓｏｆｔｗａｒｅＣｏ⁃ｓｉｍｕ⁃ｌａｔｉｏｎｆｏｒａＬａｒｇｅＲｏｂｏｔｉｃＡｕｔｏｍａｔｉｃＳｔａｍｐｉｎｇＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，２７（６）：７７２－７７７．［７］陆叶．基于ＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ的机器人柔性制造生产线的仿真设计［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１６（６）：１５７－１６０．ＬＵＹ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＲｏｂｏｔＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＬｉｎｅＢａｓｅｄｏｎＲｏｂｏｔＳｔｕｄｉｏ［Ｊ］．ＭｏｄｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１６（６）：１５７－１６０．［８］程智勇，李晓娟，陈华龙，等．基于ＦＡＮＵＣ０ｉＴＤ和ＧＳＫ工业机器人柔性制造单元的设计［Ｊ］．机床与液压，２０１４，４２（２１）：９７－１００．ＣＨＥＮＧＺＹ，ＬＩＸＪ，ＣＨＥＮＨＬ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＧＳＫＩｎ⁃ｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｅｌｌｓＢａｓｅｄｏｎＦＡＮＵＣ０ｉＴＤ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１４，４２（２１）：９７－１００．（责任编辑：卢文辉）㊃１８㊃第１１期郝飞：基于ＰＬＣ的气动机械手精准位置控制系统的设计㊀㊀㊀。